Całomózgowy model optymalizacji rozmieszczenia elektrod do stymulacji prądem stałym u pacjentów z lekooporną epilepsją

Preprint (medRxiv/bioRxiv)➕ 01.10.2026Preprint (medRxiv/bioRxiv)

A whole-brain modeling framework for tDCS montage optimization in drug-resistant epilepsy

W skrócie

[Preprint - wstępne wyniki] Badacze opracowali nową metodę wyboru optymalnego rozmieszczenia elektrod do nieinwazyjnego leczenia epilepsji, która uwzględnia nie tylko rozkład pola elektrycznego w mózgu, ale także dynamikę sieci neuronowych i sposób rozprzestrzeniania się napadów padaczkowych. Zastosowali spersonalizowany model mózgu ("neurotwin") oparty na danych pacjentów i stwierdzili, że ta metoda proponuje inne rozmieszczenie elektrod niż tradycyjne podejście, pomimo podobnych efektów w strefie padaczkotwórczej. Wstępne wyniki kliniczne (6 pacjentów) pokazują obiecujące kierunki rozwoju, a pełne badanie kliniczne jest obecnie w toku.

Oryginalny abstract (angielski)

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a promising non-invasive therapy for drug-resistant epilepsy, but the montage optimization pipelines used to personalize it often rely on biophysical head models that capture only the induced electric field and ignore the network dynamics through which stimulation influences epileptogenic activity. We aimed to develop and evaluate a montage optimization framework that incorporates individualized network dynamics. We introduce a framework based on a digital twin, or neurotwin , a personalized replica of a patient's brain that couples a biophysical head model of the stimulation-induced field with a personalized whole-brain model (WBM) of seizure dynamics constrained by structural connectivity and intracranial recordings. We applied it to produce optimal montages in 12 patients with drug-resistant epilepsy, compared them with conventional biophysics-based optimization, and assessed the framework retrospectively against the clinical outcomes of six treated patients. Because the neurotwin optimization suppresses simulated spread by construction, the informative result is the divergence between pipelines: the network-informed and field-based optimizations produced substantially different montages despite delivering comparable inhibitory fields at the epileptogenic zone, and montages with nearly identical field distributions could yield markedly different network outcomes within the model. A minimum-replacement-set analysis traced these differences to field changes at a few propagation-zone and off-target parcels rather than to the overall field. The parcels whose inhibition most reduced spread tended to occupy highly connected (hub) positions in the structural connectome, a robust but partial association indicating that network structure shapes, but does not fully determine, where stimulation is most effective. In the retrospective analysis, model-predicted spread reduction tracked clinical seizure-frequency change in the expected direction, though not significantly (n=6). We hypothesize that accounting for individualized network dynamics may improve seizure control, a hypothesis now being tested prospectively ( NCT06334952 ).

Metadane publikacji

Journal
Preprint (medRxiv/bioRxiv)
Data publikacji
28.09.2026
DOI
10.64898/2026.09.22.26363221
Europe PMC ID
PPR1330817
Autorzy
Mercadal B, Lopez-Sola E, Makhalova J, Pizzo F, Salvador R, Bartolomei F, Ruffini G
Źródło
Preprint (medRxiv/bioRxiv)